7. Evaluarea indicatorilor calitativi si stabilirea unor solutii ...

Universitatea „Dunarea de Jos” Galati – Capitolul 7: Evaluarea indicatorilor calitativi si stabilirea unor solutii individualizate pentru diverse surse de ape poluate din industria alimentara

CAPITOLUL 7

Evaluarea indicatorilor calitativi si stabilirea unor solutii individualizate pentru diverse surse de ape poluate din ind. alimentara – Obiectivul VIII

Activitatea VIII.1: Analiza rezultatelor obtinute pana la momentul respectiv in cadrul

proiectului si precizarea indicatorilor de poluare pentru diverse tipuri de ape reziduale din industria alimentara.

Rezultatele obtinute in cadrul proiectului pot fi impartite in trei categorii:

1. O caracterizarea a apelor reziduale provenite din industria alimentara, urmata de un studiu al modelelor matematice cunoscute in literatura de specialitate in vederea modelarii si identificarii proceselor de epurare biologica.

2. Proiectarea si implementarea unei statii pilot de laborator pentru epurarea biologica a apelor reziduale din industria alimentara, statie condusa integral cu calculatorul de proces.

3. O analiza pertinenta a utilizarii unor metode specifice automaticii, precum tehnicile de modelare si identificare a proceselor, proiectarea si implementarea de observere de stare si proiectarea si implementarea de legi de control, in vederea eficientizarii proceselor de epurare biologica a apelor reziduale din industria alimentara.

Rezultatele incluse în prima categorie au fost obţinute în urma primelor trei activităţi prevăzute în planul de realizare a proiectului şi au constat în: alegerea echipamentelor de prelevare, stabilirea punctelor de prelevare a probelor, stabilirea frecvenţei, momentului şi duratei prelevării, alegerea metodei de prelevare, conservarea, transportul şi depozitarea probelor, precizarea indicatorilor de apreciere a poluării apei, precizarea caracteristicilor apelor reziduale din câteva ramuri ale industriei alimentare (ape reziduale din industria malţului şi berii, ape reziduale din industria de prelucrare a laptelui si ape reziduale din industria drojdiei de panificaţie), precizarea condiţiilor de deversare a apelor reziduale în cursuri de apă. De asemenea, au fost precizate materialele utilizate şi metodele de măsurare şi analiză a concentraţiilor substanţelor poluante (pentru determinarea pHului, determinarea conţinutului de materii în suspensie, determinarea consumului biochimic de oxigen, determinarea consumului chimic de oxigen, determinarea conductivităţii, determinarea azotului total, determinarea fosforului total).

În final sunt prezentaţi indicatorii pentru apele reziduale prelevate de la fabrica de bere A, de la fabrica de prelucrare a laptelui, B şi de la secţia de drojdie de panificaţie C.

Pentru realizarea acestor activităţi au fost achiziţionate materiale şi vase unde sau efectuat analize chimice (reactanţi chimici şi recipiente de laborator).

240


Valorile determinate pentru indicatorii de calitate ai probelor prelevate şi analizate au demonstrat că apele reziduale de la agenţii economici A, B şi C au o încărcătură poluantă mare. Astfel:

– Apele reziduale de la fabrica de bere A au indicatori de calitate cu valori mai mici decât cele limită atât datorită unei discipline tehnologice riguros menţinută, cât şi unui consum mare de apă pentru curăţirea utilajelor şi a spaţiilor de producţie, conducând la diluarea apelor reziduale rezultate şi reducerea valorii indicatorilor de calitate ai acestor ape. Contaminarea apelor reziduale din industria berii cu bacterii zimogene este asociată cu încărcătura organică şi biodisponibilitatea poluaţilor organici în procesul de biodegradare, iar prezenţa bacteriilor coliforme de origine fecală în apele colectate din diferite puncte denotă starea igienicosanitară a apelor de spălare, corelată cu igiena spaţiilor de producţie, a apei şi a ambalajelor.

– Apele reziduale din industria laptelui variază din punct de vedere compoziţional în funcţie de zona de colectare. Biodisponibilitatea poluanţilor organici şi potenţialul de biodegradare a microbiotei zimogene sunt corelate cu variabilitatea calitativă şi cantitativă a microbiotei şi cu factorii factorii fizicochimici de mediu (pH, temperatură, oxigen dizolvat etc).

– Apele reziduale de la secţia de drojdie de panificaţie C, întrucât sunt supuse unui proces de epurare parţială, sunt caracterizate de valori ale indicatorilor de calitate care se încadrează în limitele impuse de normele NTPA 002/2002, cu toate că aceasta se datorează şi unor compromisuri tehnologice cu impact asupra rentabilităţii economice (de exemplu: concentrarea prin evaporare a unei părţi însemnate a vinasei, stocarea unor cantităţi mari de apă reziduală datorită capacităţii insuficiente a staţiei de epurare etc.). Reducerea CBO5 este de 84,49 %, iar a CCO de 89,47 %.

În concluzie, cele trei categorii de apele reziduale trebuie supuse epurării printrun tratament biologic aerob, mult mai eficient datorită încărcăturii organice medii a acestora.

O caracteristica foarte importanta a biodegrabilitatii apelor uzate este raportul dintre CBO5/CCO. Valoarea acestui raport poate fi interpretata astfel:

- Intre 0.2 ÷ 0.4 apa uzata in cauza este greu de degradat biologic.

- Intre 0.4 ÷ 0.6 apa uzata are o capacitate medie de a fi biodegradata.

- Peste 0.6 apa uzata este foarte usor de biodegradat.

Apele uzate din industria alimentara sunt caracterizate prin concentratii mari de substante organice biodegradabile, de cele mai multe ori raportul CBO5/CCO inregistrand valori apropiate de 0.6. Concentratia de CCO a apelor uzate din industria alimentara este foarte variabila, in functie de ramura din care provin si in functie de proces, variind chiar intre fabrici care produc acelasi tip de aliment.

O alta caracteristica importanta a apelor uzate din industria alimentara este concentratia ridicata de grasimi care, in unele situatii, trebuie separate inainte ca apa sa intre in statiile de epurare. Pe deasupra, unele ramuri ale industriei alimentare genereaza si o cantitate mare de solide in suspensie care, de multe ori, sunt separate sau decantate inaintea epurarii. Serarea se poate realize cu ajutorul unor filtre (ex: cu banda transportoare, filtre cu vid s.a.), iar

241


decantarea se realizeaza in asa numitele decantoare primare. Reziduul obtinut poate fi cel mai usor tratat anaerob in digestoare cu productie de biogas sau amestecate cu namolul provenit din treapta avansata de epurare si tratate aerob sau compostate.

Efluentii din industria alimentara contin, in unele cazuri, si cantitati insemnate de azot organic (ex: efluentii proveniti de la productia drojdiei de panificatie) care nu pot fi eliminate printrun tratament aerob sau anaerob conventional. De aceea acest tip de efluent va suferi o epurare avansata fiind implicat in procese de nitrificare si denitrificare din care se degaja azot gazos care este degajat in atmosfera, reintrand in circuitul natural.

Factorii care influenteaza calitatea apelor uzate din industria alimentara sunt: dimensiunea fabricilor, numarul de schimburi, capacitatea de productie, costul apei potabile sau industriale, costul de dispunere a apei uzate, gradul de preprocesare a anumitor ingrediente, managementul deseurilor si capacitatea intreprinderii de asi moderniza echipamentul de tratare. Fiecare dintre acesti factori pot avea un efect major asupra generarii de ape uzate.

Se va exemplifica in cele ce urmeaza incarcarile efluentilor proveniti din alte cateva ramuri ale industriei alimentare (altele decat industria laptelui si a berii).

In industria alimentelor semifabricate principalele produse sunt alimentele semifabricate congelate si conservate care includ produse din carne, peste, legume si amidonoase (cartofi, orez si paste fainoase). Produsele semifabricate nu necesita decat operatii simple de coacere sau fierbere inainte de consum. Procesul tehnologic de fabricatie necesita o prelucrare sumara a materiilor prime. Procesul presupune portionarea, gatirea, amestecarea ingredientelor si congelarea. Efluentii principali provin de la spalarea utilajelor. Alte surse pot fi clatirea si oparirea legumelor, prajire, coacere si ape de racire. In functie de alimentul procesat si de unitatea de procesare, caracteristicile apelor uzate din aceasta ramura a indistriei alimentare sunt urmatoarele:

- CCO: 1300 ÷ 7900mg O2/l

- CBO5: 700 ÷ 4000 mg O2/l

- Solide in suspensie: 500 ÷ 3900 mg/l

- Fosfor total: 7 ÷ 30 mg/l

- Azot total: 25 ÷ 85 mg/l

- Grasimi: 140 ÷ 5100 mg/l

Apele provenite din aceasta industrie sunt foarte incarcate si contin multi compusi lipidici. Se impune pretratarea efluentilor prin eliminarea grasimilor si solidelor in suspensie. Concentratia mica de azot nu impune tratarea avansata a efluentilor, deci un tratament aerob conventional poate avea succes.

Industria aluaturilor congelate are ca produse principale: prajituri, placinte, torturi, rulade si alte deserturi. Fabricile din aceasta ramura proceseaza materii prime ca faina, unt, margarina, oua, zahar, arome, creme de fructe s.a. Majoritatea ingredientelor au un continut mare de CBO5, solide in suspensie si grasimi. Caracteristice apelor uzate din aceasta ramura a industriei alimentare sunt:

- CCO: 4600 ÷ 9300 mg O2/l

242


- CBO5: 2100 ÷ 4300 mg O2/l


- Fosfor total: 5.7 ÷ 7.8 mg/l


- Grasimi: 690 ÷ 940 mg/l

Industria sosurilor include produse alimentare precum dressinguri pentru salate, maioneza, mustar, sosuri pentru carne etc. Materiile prime utilizate sunt pasta de tomate, uleiurile vegetale, condimente, oua, otet, boabe de mustar si o cantitate mica de produse lactate. Incarcarile din apele uzate provin in general de la spalarea utilajelor (ex: mixere) unde se folosesc cantitati destul de mici de apa. Si in acest caz incarcarile apelor uzate sunt destul de mari, dupa cum urmeaza:

- CCO: 4500 ÷ 4900 mg O2/l

- CBO5: 2300 ÷ 3000 mg O2/l


- Fosfor total: 5.8 ÷ 16 mg/l


- Grasimi: 1300 ÷ 2700 mg/l

Din industria specialitatilor din carne provin sunca, carnaciorii, salamurile, pastramele s.a. De cele mai multe ori fabricile producatoare de specialitati din carne au propriile abatoare. Cantitatile de apa sunt substantiale, folosite pentru spalarea utilajelor, spalarea carnii, igienizarea spatiilor de lucru, etc., de aceea si incarcarile sunt putin mai mici decat in industriile discutate anterior. Incarcarile apelor uzate in acest caz sunt:

- CCO: 900 ÷ 2300 mg O2/l

- CBO5: 530 ÷ 1100 mg O2/l


- Fosfor total: 6.7 ÷ 15 mg/l


- Grasimi: 120 ÷ 490 mg/l

Se observa o concentratie mai ridicata a azotului total in comparatie cu CBO5, datorita faptului ca produsele din carne contin mai multe proteine decat in celelalte industrii in care predominau carbohidratii si grasimile.

În cadrul activităţii 4 sa realizat un studiu sistematic al modelelor proceselor de epurare biologică a apelor uzate, existente în literatura de specialitate, plecând de la un model simplu, propus de Nejjari (4 variabile de stare) şi ajungând la modelul ASM1 (varianta de bază – 13 variabile de stare şi o variantă simplificată), model propus de Henze. Au fost determinate şi simulate diverse alte variante de modele (pentru eliminare substrat organic, pentru eliminarea mai multor componente de substrat, eliminare amoniu etc.). De asemenea, sa utilizat metoda

243


RGA pentru analiza influenţelor dintre canale (procesul de epurare fiind multivariabil), această analiză fiind extrem de utilă în proiectarea legilor de control, în etapele ulterioare ale proiectului.

In etapa II a proiectului a fost proiectata si realizata o statie pilot de laborator in scopul de a testa in timp real diverse metode si tehnici specifice sistemelor automate in scopul imbunatatirii eficientei proceselor de epurare studiate.

Au fost , astfel, proiectate:

Instalatia tehnologica

Sistemul de conducere

Sistemul hardware (Calculator cu placi de achizitie, traductoare si elemente de executie)

Software de conducere (program de conducere propriuzis cu functionare in timp real, precum si interfata grafica ommasina)

Caracteristici tehnice ale statiei pilot sunt urmatoarele:

poate functiona in regim batch sau continuu;

este proiectata pentru eliminarea substantelor organice si a azotului;

este dimensionata pentru incarcari de pana la 2000 mg/L;

debitul maxim de alimentare este de 12.5 L/h;

debitul maxim de aerare este 30 L/min;

este dotata cu o gama larga de traductoare si elemente de executie;

sistem de recirculare a namolului airlift sau cu pompa peristaltica;

este comandata in timp real de catre calculatorul de proces.

A fost dezvoltat softwareul de conducere a procesului de epurare in doua variante: prima varianta sub mediul MatlabSimulink, utilizand facilitatile de timp real ale acestuia si a doua varianta, sub sistemul de operare Linux, utilizand facilitatile multitasking oferite de acesta.

A fost proiectata o interfata grafica ommasina, foarte prietenoasa, prin care operatorul interactioneaza cu procesul. Ea poate comunica, fie cu varianta de sistem de conducere dezvoltata sub mediul MatlabSimulink, fie cu varianta dezvoltata sub sistemul de operare Linux, prin protocol UDP (User Datagram Protocole).

Tot in aceasta etapa a fost realizat un studiu privind identificabilitatea proceselor de epurare biologica prin diverse metode, studiu in care sa considerat un model pentru eliminarea substantelor organice, cunoscut in literatura de specialitate sub numele de modelul Nejjari. Acest studiu a aratat ca, pe seturi de date consistente, toti parametrii acestui model pot fi identificati, astfel incat sa se identifice modele matematice (modelul Nejjari si variante ale acestuia) care sa exprime cu acuratete comportarea reala a proceselor de epurare.

Categoria a IIIa de rezultate consta in urmatoarele (etapa a IIIa a proiectului):

Au fost realizate studii privind aspectele microbiologice si tehnologice ale proceselor de

244


epurare biologica a apelor uzate provenite din industria alimentara, studii legate de microorganismele care compun namolul si dezvoltarea acestora pe diverse tipuri de substraturi (model si reale) pentru a vedea eficienta lor in degradarea substratului organic, obtinanduse urmatoarele rezultate:1. Apele reziduale din industria alimentara prezinta o microbiota complexa formata din

bacterii, drojdii si mucegaiuri, adaptate la conditiile fizicochimice specifice din habitatele in care suravietuiesc si isi desfasoara activitatea metabolica, in corelatie cu natura si gradul de poluare chimica, conditiile de mediu (temperatura, pH, potential redox, compusi inhibitori etc.) si relatiile biologice stabilite intre specii, pe criterii pozitive, negative sau de neutralism.

2. Pe langa numeroase specii de microorganisme indigene, prezente in mod natural in ape, in microbiota apelor reziduale din industria alimentara se intalnesc numeroase microorganisme specializate in metabolizarea compusilor organici poluanti, in corelatie cu garadul de poluare si natura poluantilor.

3. Izolarea microorganismelor din apele reziduale si studiul proprietatilor lor biochimice prezinta importanta pentru obtinerea de tulpini performante, specializate in bioegradarea anumitor substraturi, in vederea obtinerii de culturi multiple cu eficienta sporita in epurarea apelor reziduale, in functie de particularitatile acestora (tip de poluare, grad de poluare).

4. Exerimentele conduse in conditii controlate, in bioreactor Aplikon cu capacitate de 1L, pe medii model, cu inocul specializat, au demonstrat ca evolutia procesului de epurare este in directa corelatie cu:

a. compozitia calitativa si cantitativa a substratului epurat;

b. microorganismele implicate in epurare tipul si dimensiunea inoculului, raportul dintre specii, capacitatea microorganismelor de floculare sau sedimentare;

c. particularitatile metabolice ale microorganismelor implicate in epurare capacitatea de a cataliza procese oxidative sau procese fermentative anaerobe;

d. parametrii fizicochimici pH, temperatura, concentratia de oxigen dizolvat in mediu;

e. eficienta procesului de epurare depinde in mare masura de echilibrarea compozitiei substratului, cu respectarea raportului CBO5 : Ntot : PPO4 de 100:5:1;

f. gradul de epurarea poate fi controlat prin biostimularea activitatii metabolice a microorganismelor, prin corectia continua a tipului si concentratiei de nutrienti din mediu, precum si controlul si reglarea conditiilor de epurare.

8. In sistem pilot, mentinand constante conditiile de epurare, sa obtinut o evoluatie similara cu procesele conduse in bioreactor.

9. evaluare corecta a procesului de epurare trebuie sa aiba in vedere efectul corelativ al unor parametrii esentiali pentru epurare si anume: turbiditate, pH, potential redox, concentratia de oxigen dizolvat in mediu, consum chimic de oxigen.

245


10.Eficienta procesului de epurare poate fi imbunatatita prin controlul si optimizarea variabililelor independente care influenteaza substantial evolutia proceselor biologice de bioconversie a compusilor chimici din compozitia substratului.

11.Sa stabilit ca natura si comportamentul microorganismelor, precum capacitatea speciilor de adaptare la conditiile specifice de epurare influenteaza eficienta procesului de epurare.

12.La functionarea statiei de epurare in sistem continuu o importanta deosebita o prezinta stabilirea si optimizarea corelatiilor intre variabilele independente care influenteaza esential procesul de epurare: debitul de aerare, debitul re recirculare a apei uzate, debitul de recirculare a namolului activ, incarcarea organica a namolului in bazinul de epurare.

13.Functionalitatea metabolica optima a namolului depinde de mentinerea constanta la valorile optime ale parametrilor de epurare prin biostimulare (aerare corespunzatoare, reglarea raportului optim C:N:P prin adaosul continuu de nutrienti, controlul pHului si a potentialului redox).

14.Au fost realizate 15 experimente de epurare in timp real a apelor uzate din industria laptelui si a berii care au aratat ca automatica poate fi o solutie pentru eficientizarea proceselor de epurare biologica. Automatizarea poate interveni astfel:

ofera posibilitatea de a controla variabile ale procesului precum oxigenul dizolvat, substratul organic, evolutia biomasei;

posibilitatea de a rejecta perturbatii (cazul unei incarcari variabile a fluxului de intrare;

imbunatatirea regimurilor tranzitorii (reducerea duratei, suprareglaj etc.).

Studiile de modelare si identificare au scos in evidenta complexitatea proceselor de epurare biologica. Acestea contin neliniaritati puternice, incertitudini parametrice si chiar structurale. Pentru identificare a fost utilizat modelul Nejjari. Experimentele au aratat ca procesul de peurare biologica poate fi descompus in doua subsisteme: dinamica concentratiei de oxigen dizolvat si procesul biologic propriuzis (evolutia namolului si a substratului). Sa constatat ca dinamica oxigenului dizolvat este mult mai rapida decat cea a subprocesului biologic. In aceste conditii, sa separat identificarea subprocesului biologic de aceea a concentratiei de oxigen dizolvat. Pentru identificare au fost folosite tronsoane de date din mai multe experimente, obtinanduse rezultate foarte bune.

Au fost investigate prin simulare numerica si pe statia pilot, in timp real, atat observere de stare deterministe, cat si stochastice. Studiile au aratat urmatoarele:

1. Observerul Luenberger ofera avantajul unei dinamici rapide, ce poate fi impusa printro procedura de alocare a valorilor proprii, dar dezavantajul unei comportari proaste in prezenta unui zgomot atat de puternic ca in cazul datelor experimentale culese de la statia pilot de tratare a apelor uzate.

2. Filtrul Kalman ofera avantajul unei comportari foarte bune, chiar si in cazul prezenta unui zgomot puternic, dar are dezavantajul ca dinamica nu poate fi impusa, ci ea rezulta in urma stabilirii raportului dintre zgomotul de masura si cel de proces. Stabilirea acestui raport este foarte usor de facut in cazul implementarii in simulare a

246


filtrului, dar aproape imposibila atunci cand se lucreaza pe date experimentale, ca si in cazul nostru.

Din punct de vedere al controlului proceselor de epurare biologica a apelor reziduale din industria alimentara, au fost obtinute urmatoarele rezultate:

1. Sa urmarit reglarea concentratiei de substrat organic direct si indirect, prin intermediul reglarii concentratiei de oxigen dizolvat sau a biomasei (namolului).

2. Sa realizat controlul concentratiei de oxigen, atat in regim de simulare numerica, cat si pe statia pilot, utilizand o lege de control liniara de tip PI si una robusta, de tip QFT (Quantitative Feedback Theory).

3. Reglarea substratului organic prin tehnici de control liniarizant exact si adaptiv, control liniarizant bazat pe model, strategie de control bazata pe concentratia de biomasa din bazinul aerat, precum si controlul biomasei pe baza debitului de alimentare cu substrat sau pe baza ratei de dilutie (in regim de simulare numerica si pe statia pilot).

4. Controlul predictiv al substratului organic, in regim de simulare numerica.

Experimentele au fost realizate pe ape reziduale provenite din industria laptelui si cea a berii. Rezultate foarte bune au fost obtinute in cazul reglarii concentratiei de oxigen dizolvat. Aceasta bucla este mult mai rapida decat cea a subsistemului biologic propriuzis iar cele doua metode de reglare implementate au permis obtinerea de performante de regim static si tranzitoriu foarte bune. In comparatie cu reglarea concentratiei de oxigen dizolvat, reglarea directa a substratului este mult mai complexa. In lipsa unui senzor care sa masoare direct concentratia de substrat organic (acesta fiind foarte scump), problema reglarii substratului devine mult mai complicata. Reglarea substratului organic, utilizand ca masura a acestuia informatia de potential redox (ORP) nu este o solutie viabila, deoarece, numai in anumite conditii, ORPul se coreleaza cu substratul organic. Utilizarea unui observer de substrat pe baza informatiei de biomasa, obtinuta prin intermediul traductorului de turbiditate, poate fi o solutie valabila, cu conditia ca observerul sa fie calibrat prin masuratori directe (experimente cu analize de laborator pentru CCO).

In final, se poate afirma ca automatizarea proceselor de epurare biologica duce la cresterea eficientei lor, in sensul ca imbunatateste regimurile dinamice, pot sa rejecteze perturbatii (inerente acestui tip de procese – de ex. variatia incarcarii fluxului de intrare in statiile de epurare) etc.

Activitatea VIII.2:

Propunerea unor solutii individualizate de epurare pentru diverse surse de ape reziduale din industria alimentara.

Solutiile de statii pilot propuse in cadrul acestei activitati au la baza rezultatele obtinute in cadrul acestui grant. Sa pornit de la premiza ca instalatiile utilizate in practica industriala trebuie sa implice o investitie initiala dar si un cost de functionare cat mai mic.

247


In principiu, un anumit nivel de dotare a unei statii de epurare cu elemente de automatizare duce, cu siguranta, la cresterea eficientei acesteia. Actualmente, marea majoritate a statiilor de epurare, indiferent de capacitate, sunt dotate, in special, cu elemente de monitorizare sau, in cel mai bun caz, cu un nivel de automatizare „grosier” (de ex. Pentru aerare se prevede pornirea sau oprirea unor suflante, nafacanduse o reglare continua a aerarii). Practic, statiile de epurare functioneaza in parametrii numai in regimurile stationare. Pot, insa, aparea adesea situatii, in care procesul de epurare iese din parametri, de ex. regimurile tranzitorii (variatii peste limitele uzuale ale incarcarii apelor reziduale cu substrat organic). In aceste situatii se dovedeste eficienta sistemelor de automatizare, care ar trebui sa tina procesul de epurare in parametrii de functionare normala.

In aceste conditii, in continuare sunt prezentate elementele de control automat ce intra in componenta statiilor, precum si o serie de elemente de proiectare a componentelor statiilor de epurare.

Statie pilot pentru ape reziduale din industria laptelui

a) Dimensionarea bazinului aerobSe va considera un timp de retentie hidraulic de 8 ore, ceea ce implica un volum al

bazinului aerat:V t Q

unde t este timpul de retentie, iar Q este debitul influentului. Debitul influentului este dat de instalatia tehnologica din care rezulta apele reziduale.

b) Dimensionarea decantoruluiTinand cont ca pe durata experimentelor pe statia pilot decantarea namolului sa realizat

destul de rapid (aprox. 30 min), decantorul va avea acelasi volum ca si bazinul aerob.

c) Oxigenul dizolvat in bazinul aerobInstalatia va avea prevazut un traductor pentru masurarea continua a concentratiei de

oxigen dizolvat. In aceste conditii, se va folosi un regulator robust de tip QFT pentru controlul oxigenului dizolvat in bazinul aerat, marimea de comanda fiind debitul de aer insuflat in bazin.

d) Bucle locale existenteInstalatia va avea prevazut in bazinul aerat un traductor de pH permitand astfel controlul

acestuia. Marimea de comanda va fi cantitatea de acid sau baza ce se introduce in bazin, iar elementele de executie vor fi, ca si in cazul statiei pilot, o pompa pentru corectia de acid si una pentru corectia bazica.

e) Principiul de control a substratului organic

248


Pe baza rezultatelor obtinute in implementarea strategiilor de control din activitatile realizate anterior, sa stabilit o strategie pentru asigurarea unei functionari eficiente a statiei pilot. Astfel, se va utiliza abordarea mentinerii constante a indicelui de incarcarea organica a namolului (Ion). Acest indice se defineste ca fiind raportul dintre cantitatea de nutrienti din substrat si cantitatea de biomasa formata. Practic se determina cantitatea de substrat ce poate fi adusa in statie (ca debit si concentratie) astfel incat biomasa existenta sa o poate consuma cu randament mare.

Instalatia de tratare a apelor uzate va avea prevazut un bazin de mici dimensiuni in care se colecteaza periodic namolul decantat si un traductor de concentratie de biomasa in bazinul aerob. Pe baza informatiei privind debitul si incarcarea influentului, pentru mentinerea constanta a incarcarii organice a namolului concentratia de biomasa ce trebuie sa existe in bazinul aerat. Aceasta concentratie este apoi mentinuta constanta pe baza unui regulator ce are ca marime de comanda cantitatea de biomasa ce trebuie recirculata.

Statia de tratare va fi, ca si statia pilot, complet automatizata. De asemenea, se va utiliza o interfata ommasina de tipul celei proiectate in cadrul etapei 2 a grantului, interfata ce permite monitorizarea marimilor culese din proces. Figura 7.1 prezinta o schema functionala a unei statii de tratare pentru ape uzate din industria laptelui.

Fig. 7.1.: Schema functionala a statiei de tratare a apelor uzate din industria laptelui

Statia de tratare a apelor uzate provenite din industria laptelui are o schema functionala

249


prezentata in Figura 1. Elementele acestei statii sunt prezentate in continuare:

1 – Filtru mecanic pe alimentarea instalatiei cu apa de tratat, utilizat pentru filtrarea particulelor de dimensiuni mari;2 – Traductor de temperatura cu gama 0 – 100 grade C, pentru monitorizarea temperaturii in bazinul aerat;3 – Traductor de pH, gama de lucru 5 – 9. Utilizat pentru furnizarea informatiei necesara controlui de pH in bazinul aerat;4 – Traductor pentru determinarea suspensiilor solide montat in decantor, gama de lucru 0 – 10.000 mg/l. Utilizat pentru controlul concentratiei de namol activ din bioreactor;5 – Traductor de concentratie de oxigen dizolvat, gama de lucru 0 –10 mg/l;6 – Traductor debit aer. Utilizat in controlul debitului de aer insuflat in bazinul aerat;7 – Presostat, gama de masura 06 bar;8 – Filtru de aer;9 – Bazin acumulare namol. Namolul decantat este eliminat periodic din decantor in acest bazin. O parte din namol este recirculat in sistem astfel incat sa se asigure concentratia de namol activ impusa pentru bazinul aerat. Namol excedentar este eliminat din sistem;10 – Sistem de aerare (insuflare aer in bazinul aerat). Acest sistem trebuie distribuit pe o suprafata cat mai mare din fundul bazinului, astfel incat sa se asigure o aerare cat mai omogena. De asemenea, cu cat elementele de insuflare au diametrul mai mic, cu atat creste randamentul aerarii;Pompa P1 (peristaltica) pentru recircularea namolului in bazinul aerat; Debitul acestei pompe este dat de algoritmul de control a concentratiei de namol activ din bazinul aerat;Pompa dozatoare P2 (peristaltica) pentru corectia pHului cu acid;Pompa dozatoare P3 (peristaltica) pentru corectia pHului cu baza;R1 – electroventil onoff pentru alimentarea instalatiei cu apa de tratat. In mod obisnuit acesta este pe pozitia deschis;R2 – electroventil onoff pentru deversarea in reteaua de canalizare (RC) a apei uzate netratata. In mod obisnuit acesta este pe pozitia inchis. Se deschide doar in situatii de avarie (cand R1 trece pe pozitia inchis), cand instalatia nu mai poate functiona in conditii de siguranta;R3 – electroventil onoff pentru evacuarea continutului bazinului aerat. Acest electroventil are acelasi regim ca si R2;R4 – electroventil onoff pentru evacuarea namolului din decantor;R5 – electroventil onoff pentru evacuarea namolului excedentar;R6 – cu actionare continua pentru reglarea debitului de aer in bazinul aerat.

Toate aceste elemente sunt comandate cu ajutorul calculatorului. Tinand cont de traductoarele si elementele de executie prevazute sunt necesare placi de achizitie care sa

250


asigure 5 iesiri numerice (EN), 4 iesiri analogice (EA) si 5 intrari analogice (IA). Astfel, se vor folosi 2 placi de achizitie: PCI 1710 si PCI1711, ca si in cazul statiei pilot.

Statie pilot pentru ape reziduale din industria berii

In cazul apelor reziduale din industria berii apar urmatoarele doua diferente fata de statia prezentata anterior:

a) Dimensionarea decantorului In cazul apelor uzate din industria berii exista riscul fermentarii pe durata stationarii in

decantor. In acest caz, se degaja dioxid de carbon ce atrage particule de namol activ, namolul nu se mai decanteaza, ci apare la suprafata decantorului. Solutia propusa in acest caz este utilizarea unui decantor cu volumul redus la jumatate fata de volumul bazinului aerob. In aceste conditii, timpul de retentie in decantor de injumatateste, deci riscul fermentarii este mult diminuat.

b) In urma analizelor efectuate asupra apelor preluate din industria berii sa constatat ca acestea contin o concentratie foarte mica de azot. In aceste conditii, se va utiliza o corectie a nutrientilor (in acest caz – azotul), in care, pe baza masuratorilor apei uzate rezultate din instalatia tehnologica, se fixeaza debitul unei pompe peristaltice ce da corectia de azot.

Statia de tratare a apelor uzate provenite din industria berii are o schema functionala prezentata in Figura 7.2. Elementele suplimentare sunt datorate necesitatii corectiei cu nutrienti si sunt prezentate in continuare:

11 – Rezervor pentru alimentarea bazinului aerat cu nutrienti.Pompa P4 (peristaltica) pentru alimentarea bazinului aerat cu nutrienti. Debitul acestei pompe este dat din interfata de comanda de catre operatorul uman pe baza analizelor offline ale influentului.

In acest caz mai apar suplimentar o iesire analogica si o intrare analogica. Cele doua placi de achizitie prevazute anterior asigura si aceste doua canale suplimentare.

251


Fig. 7.2.: Schema functionala a statiei de tratare a apelor uzate din industria berii

In concluzie, din punct de vedere practic, sistemul de automatizare cu care ar trebui echipata o statie de epurare trebuie corelat cu performantele de calitate care se doresc a fi indeplinite si cu capacitatea statiei de epurare. Astfel, pentru statii de capacitate mica, recomandam reglarea substratului organic indirect, cu ajutorul unui sistem simplu de reglare (de tip PI) a concentratiei de oxigen dizolvat. Sistemul de reglare poate fi implementat pe un microcontroler, care intra in dotarea statiei de epurare. In acest fel, pretul statiei de epurare creste, dar nu substantial (microcontroler plus un echipament minimal de camp), crestere compensata de imbunatatirea eficientei statiei de epurare. Pentru statiile de epurare de capacitate mare (de ex. cele orasenesti), cu regimuri de functionare cu variatii foarte mari ale influentului (continut mare de substanta organica in apele reziduale) si cu alte perturbatii importante ale regimului de functionare (de ex. regimul pluviometric) se recomanda echiparea acestora cu sisteme mai complexe de automatizare. Recomandam utilizarea a doua structuri de conducere:

1. O structura de conducere cu calculator de proces (cu placi de achizitie), in care sa fie implementate atat nivelul de baza de automatizare, cat si cel global de conducere.

2. O solutie mudularierarhizata, in care nivelul de baza de automatizare (buclele de baza si sistemele de comanda si achizitie) sa fie implementate pe un PLC (Programable Logic Controller), in timp ce nivelul superior de conducere (algoritmul global – reglarea substratului), impreuna cu interfata ommasina sa fie implementate pe un calculator conectat in retea cu PLCul.

252


Ambele structuri trebuie sa contina si aparatajul de camp. In mod evident, ultima structura propusa este mai scumpa, dar, in mod cert, mai eficienta, asigurand performante si eficienta ridicate pentru procesele de epurare.

253

7. Evaluarea indicatorilor calitativi si stabilirea unor solutii ...

Documents

Transcript of 7. Evaluarea indicatorilor calitativi si stabilirea unor solutii ...